CN110230294B - 一种通气调压式竖井压坡结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通气调压式竖井压坡结构，通过在常规旋流竖井泄洪洞压坡顶板产生较大脉动压强的位置设置通气调压井，并将其与外界大气连通，可以在竖井大流量泄水时降低压坡前段较大的脉动压强；而在小流量泄水时调压井则变成逸气通道将压坡无法及时排出的空气排出，从而较大幅度地减弱压坡内水面波动，降低甚至消除水流对压坡顶板的冲击作用。其中，压坡顶板产生较大脉动压强的位置通常为从压坡段与竖井段衔接处的压坡顶壁。

Description

一种通气调压式竖井压坡结构
技术领域
本发明属于水利水电工程中泄洪消能领域，具体涉及一种具有通气和调压作用的竖井压坡结构。
背景技术
旋流竖井泄洪洞由于其修建难度较低、布置灵活以及消能效果突出等优势，越来越受到水利水电工程界的关注。尤其是随着当前我国正处于水电建设事业的井喷式发展阶段，许多高水头、大流量、深峡谷的高坝大库正在建设或者处于规划阶段，在常规泄水建筑物无法良好地实现泄洪消能的情况下，旋流竖井作为一种新兴发展的泄洪消能建筑物不失为一种良好的选择。
一般地，整个旋流竖井泄洪系统由闸室进口、上平调整段、涡室、收缩段、竖井直段、出口压坡段以及其后的下平泄水段组成，典型竖井布置如图1所示。由于竖井直段与出口压坡几乎呈90°转角，泄流时急剧的角度变换必然产生流线的剧烈变化，故而压坡顶板起始位置通常产生较大的脉动压强，模型试验中测得最大值达到8×9.81kPa，这对竖井结构的稳定有极为不利的影响。此外，当竖井小流量泄流时，旋流竖井中心涡腔强烈卷吸的空气在压坡段内迅速排出，压坡段内水流水面波动非常剧烈，偶尔发生的水流冲顶现象使得空气的排出更加困难，从而进一步加剧了压坡内水面的波动(如图2所示)，竖井结构的稳定性和泄洪安全性存在极大的风险和隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种通气调压式竖井压坡结构，从而削弱旋流竖井压坡段水流波动，减小脉动压强，保障竖井结构稳定性，消除泄洪安全隐患。
本发明的主要构思是，通过在常规旋流竖井泄洪洞压坡顶板产生较大脉动压强的位置设置通气调压井，并将其与外界大气连通，可以在竖井大流量泄水时降低压坡前段较大的脉动压强；而在小流量泄水时调压井则变成逸气通道将压坡无法及时排出的空气排出，从而较大幅度地减弱压坡内水面波动，降低甚至消除水流对压坡顶板的冲击作用。其中，压坡顶板产生较大脉动压强的位置通常为从压坡段与竖井段衔接处的压坡顶壁(板)。
本发明提供一种通气调压式竖井压坡结构，设置在旋流竖井泄洪洞中，包括旋流竖井泄洪洞的压坡段和通气调压井，所述通气调压井与旋流竖井压坡段相通且同时与大气相通的通气调压井。
进一步地，所述通气调压井设置在压坡段上方，与压坡顶壁衔接。施工时，在压坡顶壁开槽，在开槽位置铅直向上往围岩开挖进一定高度形成压坡内水流可以自由升降的调压井结构，调压井顶部开孔形成通气孔并与外界大气相通。
进一步地，所述通气调压进设置在压坡段前段靠近竖井处，优选设置在压坡段前段(1/10～1/2)L处，L为压坡段长度。所述压坡段前段。
进一步地，所述通气调压井在压坡顶壁上的开口宽度与压坡顶壁宽度相等。
进一步地，所述通气调压井的高度高出竖井段内水面高度0.5～2.0米。
进一步地，所述通气调压井的顶部开设有通气孔，所述通气孔与大气相通。
进一步地，所述通气孔与压坡段出口设置的补气洞气路相通。
优选地，所述通气管设置2-5根，每根通气管连通调压井与补气洞。
优选地，所述通气孔通过通气管与补气洞连通，实现通气调压井与大气相通，排出旋流竖井内水流裹挟的空气。
本发明还提供了设置了上述通气调压式竖井压坡结构的旋流竖井泄洪洞。
该旋流竖井泄洪洞工作时，当竖井大流量泄流时，调压井内水面略低于竖井内自由水面高程，压坡顶板起始位置附近产生的较大的水流脉动将通过新增的调压井迅速衰减，从而大大减弱压坡由于较大脉动压强产生的结构振动破坏风险；当竖井小流量泄流时，调压井内无水，此时由于压坡内水面剧烈波动使得竖井内大量无法排出的气体将通过调压井从位于调压井顶部并与补气洞连接的通气管排出，从而较大幅度地减弱了压坡内水面波动，减弱甚至消除水流对压坡顶板的冲击作用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供了一种新型的旋流竖井压坡结构和一种新型的旋流竖井，该压坡结构同时具有调节压坡段水流脉动压强，和排出来自竖井段中心涡腔卷吸的空气的作用，避免空气的存在加剧压坡段内水流的波动，降低甚至消除水流对压坡顶板的冲击作用，从而保障竖井结构稳定性，消除泄洪安全隐患。
2.本发明所述通气调压式竖井压坡结构简单，施工容易，排气和调压效果显著。
附图说明
图1为现有常规旋流竖井泄洪洞的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明所述设置有通气调压式竖井压坡结构的旋流竖井泄洪洞结构示意图；
图4为图3的俯视图。
图中，1—闸室，2—上平段，3—涡室，4—收缩段，5—竖井段(竖井直段)，6—(出口)压坡段，7—补气洞，8—下平(泄水)段，9—调压井，10—通气管。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。以下所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
实施例1
本实施例所述通气调压式竖井压坡结构，如图3、4所示，该结构设置在常规旋流竖井泄洪洞中，包括旋流竖井泄洪洞的压坡段和通气调压井9，所述通气调压井与旋流竖井压坡段相通且同时与大气相通的通气调压井。所述通气调压井设置在压坡段前段1/8L处，L为压坡段长度，位于压坡段上方，与压坡顶壁衔接，在压坡顶壁上的开口宽度与压坡顶壁宽度相等，其高度高出竖井段内水面高度0.5米。所述通气调压井的顶部开设有通气孔，所述通气孔与与压坡段出口设置的补气洞通过通气管10连接实现气路相通，通气管并排设置3根。
实施例2
本实施提提供设置了实施例1所述通气调压式竖井压坡结构的旋流竖井泄洪洞，包括闸室(进口)1、上平调整段(上平段)2、涡室3、收缩段4、竖井直段5、出口压坡段6以及其后的下平泄水段8。

Claims (6)

1.一种通气调压式竖井压坡结构，其特征在于，设置在旋流竖井泄洪洞中，包括旋流竖井泄洪洞的压坡段和通气调压井，所述通气调压井与旋流竖井压坡段相通且同时与大气相通，所述通气调压井设置在压坡段上方，与压坡顶壁衔接，通气调压井在压坡顶壁上的开口宽度与压坡顶壁宽度相等，通气调压井的顶部开设有通气孔，所述通气孔与压坡段出口设置的补气洞气路相通，实现与大气相通。
2.根据权利要求1所述通气调压式竖井压坡结构，其特征在于，所述通气调压井设置在压坡段前段1/10L～1/2L处，L为压坡段长度。
3.根据权利要求1所述通气调压式竖井压坡结构，其特征在于，所述通气调压井的高度高出竖井段内水面高度0.5～2.0米。
4.根据权利要求1所述通气调压式竖井压坡结构，其特征在于，所述通气孔通过通气管与补气洞连通。
5.根据权利要求4所述通气调压式竖井压坡结构，其特征在于，所述通气管设置2-5根。
6.具有权利要求1所述通气调压式竖井压坡结构的旋流竖井泄洪洞。
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